Сегодня 29 апреля 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Процессоры и память

Pentium 4 и G4e: сравнение архитектур

⇣ Содержание

В ноябре 2000 года в продажу поступил новый процессор Pentium 4, который реализовал принципиально новую микроархитектуру x86 со времён Pentium Pro. До выхода P4 на рынке преобладало ядро P6, представленное процессорами Pentium II и Pentium III. За это время люди, обращавшие внимание на этот рынок, усвоили одну вещь: народ покупает мегагерцы. Intel учла этот факт и команда Willamette, работавшая в Санта-Кларе, руководствовалась именно гонкой мегагерц. Это можно увидеть как в рекламе Pentium 4, так и в технической литературе, где недавно были опубликованы детали разработки процессора. В нашей статье вы узнаете, что преемник наиболее успешной микроархитектуры x86 - это созданный с нуля процессор, работающий на запредельных частотах.

Мы рассмотрим возможные решения и варианты дизайна, взятые разработчиками при создании этого мегагерцового монстра. Особое внимание придется уделить инновациям, тому, как они вписываются в общую философию дизайна этого процессора и взаимодействуют с конечными приложениями. Мы рассмотрим сверх-длинный конвейер, структуру кэша с отслеживаниями (trace cache), арифметико-логическое устройство, работающее с удвоенной скоростью и другие аспекты процессора.

Лучше всего рассматривать данную статью, как статью о процессоре P4, где G4e используется лишь для сравнения и объяснения новых технологий. На примере G4е продемонстрировано как "стандартно" работает та или иная технология. Затем мы перейдем к отличиям ее реализации в P4.

Перед тем как детально рассматривать Pentium 4, полезно вспомнить основы дизайна процессоров.

Основной поток команд

Когда разговор идёт о процессорах, основными понятиями считаются препроцессор (front end) и постпроцессор (back end, execution engine). Когда инструкции забираются из кэша или из оперативной памяти, их необходимо декодировать и отправить на выполнение. Эти три операции (получение инструкций, декодирование и отправка на выполнение) происходят на препроцессоре (front end).


Так выглядит основной поток команд в процессоре

Команды приходят из кэша на препроцессор и поступают затем на постпроцессор, где и выполняются. Как только команды будут обработаны постпроцессором, результат их выполнения попадает обратно в оперативную память. Процесс, когда команды ЗАБИРАЮТСЯ из кэша, ДЕКОДИРУЮТСЯ во внутреннюю форму, понятную процессору, ВЫПОЛНЯЮТСЯ и результат ЗАПИСЫВАЕТСЯ в оперативную память, и составляет основной четырёхступенчатый конвейер. Примерно этому учат на различных курсах в ВУЗах разработчиков процессоров. Каждую из этих ступеней команда должна проходить ровно за один такт. Ровно за один такт каждая ступень выполняет всю свою логику и пересылает команду на следующую ступень. Поэтому чем быстрее каждая из ступеней выполняет свои функции, тем быстрее работает весь процессор и тем выше его тактовая частота.


Четырёхступенчатая конвейерная обработка

Эта схема представляет "стандартный" путь прохождения команд через процессор, и как мы только что заметили, на выполнение одной команды здесь требуется ровно один цикл. Большинство процессоров действительно выполняют команды за один цикл (в P4 даже существуют команды, выполняемые за половину цикла), но существуют сложные команды, которые проходят стадию ВЫПОЛНЕНИЯ за несколько циклов. Для согласования при выполнении таких сложных инструкций различные устройства задействуют свои собственные исполнительные конвейеры (некоторые - одноступенчатые, некоторые - многоступенчатые), так что они могут добавить ещё несколько ступеней к основному конвейеру процессора.


Четырёхступенчатая конвейерная обработка
с конвейерами на стадии ВЫПОЛНЕНИЯ

Поясним наши слова. Когда мы говорим о количестве ступеней в конвейере процессора, мы имеем в виду идеальный процессор, где каждая инструкция проходит ступень ВЫПОЛНЕНИЯ ровно за один такт, но большинство инструкций проходят несколько ступеней ВЫПОЛНЕНИЯ в различных функциональных устройствах.

Следующая страница →
 
⇣ Содержание
Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Вечерний 3DNews
Каждый будний вечер мы рассылаем сводку новостей без белиберды и рекламы. Две минуты на чтение — и вы в курсе главных событий.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Инсайдер: Microsoft нацелилась выпустить Fallout 5 «как можно скорее» 47 мин.
Больше никаких 12345: в Великобритании запретят устройства со слабыми паролями 2 ч.
Слухи: неанонсированная MMORPG по «Игре престолов» отправит геймеров на Север к Джону Сноу 3 ч.
OpenAI сможет легально обучать ИИ на публикациях Financial Times 3 ч.
IDC: Veeam лидирует на мировом рынке средств защиты данных и показывает самый быстрый рост 6 ч.
Новая статья: Botany Manor — занимательная ботаника. Рецензия 17 ч.
Техническое тестирование роглайк-экшена Hades II завершится 29 апреля — ранний доступ стартует совсем скоро 23 ч.
ИИ убьёт классические колл-центры в течение года, считают в их руководстве 28-04 14:21
Продажи средневековой градостроительной стратегии Manor Lords превысили миллион копий спустя сутки после релиза 28-04 13:38
Thoma Bravo купит за $5,3 млрд британского разработчика ИИ-решений для ИБ Darktrace 28-04 11:42
На этой неделе Китай запустит зонд для сбора образцов грунта с обратной стороны Луны 21 мин.
У BYD на треть обвалились продажи гибридов и электромобилей — Tesla перехватила лидерство на рынке 58 мин.
Китайский автопром выпустит вдвое больше электромобилей и гибридов, чем сможет продать в Китае 3 ч.
Выручка MediaTek подскочила на 40 % за счёт мобильных чипов и ИИ-бума, а будущий рост обеспечат флагманские процессоры 4 ч.
Серверное подразделение Intel нарастило выручку и показало операционную прибыль 6 ч.
Хакеры атакуют правительственные сети через дыры в оборудовании Cisco 6 ч.
CATL освоит мелкосерийное производство твердотельных аккумуляторов к 2027 году 9 ч.
Илон Маск договорился о запуске автопилота Tesla FSD в Китае, а поможет с этим Baidu 10 ч.
Google начинает строительство четвёртого кампуса ЦОД в Нидерландах за €600 млн 20 ч.
Schneider Electric поможет Terrestrial Energy в развитии и коммерциализации малых атомных реакторов 21 ч.